Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение
Скачать 1.36 Mb.
|
5.3 Маркировка легированных конструкционных сталей Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами, например 15Х, 45 ХФ, 12ХН3А, 20Х2Н4А, 18ХГТ и т.д. Двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание С в сотых долях %, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - вандий, Х - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный, Ю - алюминий. Цифры после букв указывают примерное содержание элемента в целых процентах, отсутствие цифры указывает, что оно составляет до 1,5 % и менее. Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественным: Р ≤ 0,035%, S ≤ 0,035%. Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей (Р ≤ 0,035%, S ≤ 0,035%) и обозначается буквой А, помещенной в конце марки. Особо высококачественная сталь обозначается буквой Ш в конце марки (30ХГС - Ш). 5.3.1. Стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием (автоматные стали) ГОСТ 1414 - 75 Для улучшения обрабатываемости резанием применяют углеродистые стали с повышенным содержанием S = 0,08...0,3% и Р ≤ 0,06%. В этих сталях сера находится в виде сульфидов марганца, уменьшающих трение между стружкой и инструментом из - за смазывающего действия MnS. Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами за ней (цифры - среднее содержание С в сотых долях %): А11, А12, А20, А30 и др. Эти стали выпускают без термообработки, в виде калиброванных высокоотпущенных (отожженных) и калиброванных профилей. Улучшение обрабатываемости стали достигается в результате микролегирования Pb, Ca, Se, Te, создающими в очаге резания внутреннюю смазку. 5.3.2 Конструкционные (строительные) низколегированные стали (ГОСТ 19281 - 89) Низкоуглеродистые (до 0,22% С) низколегированные стали содержат повышенное количество Mn (до 1,8%), Si (до 1,2%), Cr (до 0,8 %), а также Ni (до 0,8%), V (до 0,15%), Ti (до 0,03%) и N (до 0,15%). Эти стали в виде листов, сортового и фасонного проката, поковок и штамповок используют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном, без дополнительной термообработки. Широкое применение нашли стали 14ХГС, 17ГС, 092ГС, 10Г2С1, 10Г2С1Д, 14Г2Ф, 15Х26СФ, 16Г2САФ и др., в том числе и для изготовления деталей и узлов подвижного состава. Применение низколегированных сталей с σ0,2 = 350 МПа взамен углеродистых позволяет сэкономить до 15% металла, а при σ0,2 = 400 МПа экономия достигает 25...30%. Низколегированные стали хорошо свариваются. После нормализации у низколегированных сталей улучшается пластичность и вязкость, уменьшается склонность к хрупкому разрушению. Некоторые стали (14Г2, 17ГС, 15ХСНД) поставляют после закалки и отпуска, что повышает их прочность, понижает порог хладноломкости и склонность к старению. 5.3.3. Конструкционные цементуемые (нитроцементуемые) стали (ГОСТ 4543-88) Для цементуемых изделий применяют низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1…0,25% С (ГОСТ 4543-88). После цементации, закалки и низкого отпуска твердость цементованного слоя 58…62 HRCЭ, а сердцевины 30…40. Сердцевина цементованных сталей должна иметь высокие механические свойства, особенно предел текучести. В конструкционных сталях Cr (чаще до 1,3…1,6%) частично растворен в Ф, частично в Fe3C, образуя легированный Ц-тит (Fe, Cr)3С. Для изделий несложной формы и небольшого сечения, цементуемых на глубину 1,0…1,5 мм, применяют хромистые стали 15Х, 15ХА и 20Х (0,7…1,0% Cr). Хромистые стали по сравнению с углеродистыми имеют более высокие прочностные свойства при несколько меньшей пластичности сердцевины: σв = 700…800 МПа; σ0,2 = 500…600 МПа; δ = 11…12%; ψ = 40…45%; КСИ = 0,6…0,8 МДж/м2. Прокаливаемость хромистой стали невелика. Для крупных деталей ответственного назначения, работающих на износ при высоких удельных нагрузках, применяют хромоникелевые и более сложнолегированные стали (20ХН, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А и др.) В частности, из цементуемых сталей 12ХН3А и 20ХН3А делают шестерни тяговых зубчатых передач тепловозов, электровозов и моторвагонных секций. 5.3.4. Конструкционные улучшаемые стали (ГОСТ 4543-88) Улучшаемыми конструкционными сталями называются стали, используемые после закалки и высокого отпуска (улучшения). Стали содержат 0,3…0,5% С и в зависимости от состава их подвергают закалке с 820…8800С в масле, а крупные – в воде и высокому отпуску при 550…6500С. Широко применяют стали 30Х, 35Х, 40Х и 50Х (0,8…1,1% Cr); механические свойства их: σв = 900…1100 МПа; σ0,2 = 700…900 МПа; σ = 9…12%; ψ = 40…45%; КСИ = 0,7…0,9 МДж/м2. 5.3.5. Рессорно-пружинные стали общего назначения (ГОСТ 14959-79) Эти стали должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям и высоким пределом выносливости при достаточных пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению; стали должны иметь повышенную релаксационную стойкость. Для получения этих свойств стали должны содержать ~0,5…1,0% С, их подвергают закалке с 830…8500С в масле (воде) и отпуску при 410…5200С. Предел текучести углеродистых пружинных сталей после термообработки составляет σ0,2 ≥ 800 МПа, а легированной σ0,2 ≥ 1000 МПа. Мартенситная структура должна быть в этих сталях по всему объему. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Для пружин небольшого сечения, закаливаемых в масле (воде) и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65,70,75,85. Для изготовления пружин и рессор используют также легированные стали, содержащие в том или другом сочетании: Si = 1,5…2,8%; Mn = 0,6…1,2%; Cr = 0,2…1,2%; V = 0,1…0,25%; W = 0,8…1,2%; Ni = 1,4…1,7%. Эти элементы обеспечивают необходимую прокаливаемость и закаливаемость, измельчают зерно и повышают релаксационную стойкость стали. На железнодорожном транспорте для изготовления пружин и листовых рессор ходовых частей локомотивов и тележек вагонов применяют стали 55С2 и 60С2. Недостаток этих сталей – склонность к обезуглероживанию, что снижает их предел выносливости. Дополнительное легирование кремнистых сталей Cr,Mn,W,Ni,V устраняет этот недостаток. Оптимальная твердость рессор 42…48 HRCЭ. Срок службы рессор может быть повышен дробеструйной обработкой (поверхностным наклепом), при этом предел выносливости возрастает в 1,5…2 раза. 5.3.6. Шарикоподшипниковые стали (ГОСТ 801-78) Сталь для подшипников качения (кольца, шарики, ролики) должны иметь высокую прочность, износостойкость и высокий предел выносливости, так как детали подшипника воспринимают значительные знакопеременные нагрузки. Подшипники делают из стали ШХ15 (С = 0,95…1,95%, Cr = 1,3…1,65%). Крупные кольца изготовляют из стали ШХ15СГ, дополнительно легированной Mn(0,9…1,2%) и Si(0,4…0,65%), LC = 0,95…1,05% и Cr = 1,3…1,65%); Mn и Si увеличивают прокаливаемость этой стали. Шарики, ролики и кольца подвергают закалке с 830…8600С в масле для получения структуры мартенсита с избыточными карбидами с твердостью 62…65 HRCЭ (для стали ШХ15СГ с 820…8400С при охлаждении в масле). После закалки проводят низкий отпуск при 150…1650С (ШХ15) или 165…1750С (ШХ15СГ). 5.3.7. Износостойкая (аустенитная) сталь (ГОСТ 2176-77) Для изготовления деталей, работающих на износ в условиях трения скольжения и высоких давлений и ударов (например, траки некоторых гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землечерпалок, скипов, крестовины железнодорожных и трамвайных путей и т.д.), применяют высокомарганцовистую аустенитную сталь 110Г13Л (С = 1,0…1,5%, Mn = 11,0…15,0%). Структура стали 110Г13Л после литья - аустенит и избыточные карбиды (Mn,Fe)3С, снижающие прочность и вязкость стали. Поэтому литые изделия закаливают с 11000C в воде. При таком нагреве карбиды растворяются, и сталь после закалки имеет аустенитную структуру. Механические свойства: σв = 800…900 МПа; σ0,2 = 310…350 МПа; δ = 15…25%; ψ = 50…30%; НВ = 180…200. Для стали с аустенитной структурой характерен низкий предел текучести, и под влиянием холодной деформации такая сталь сильно упрочняется. При значительных давлениях и ударных нагрузках, вызывающих наклеп, твердость и сопротивление стали износу повышаются. 5.3.8. Коррозионно-стойкие стали и сплавы (нержавеющие) (ГОСТ 5632-72) Коррозия – разрушение металлов под действием окружающей среды. Различают химическую коррозию, протекающую при воздействии на металл газов (газовая коррозия) и неэлектролитов (нефть и её производные), и электрохимическую, вызываемую действием электролитов (кислот, щелочей и солей). К электрохимической относятся также атмосферная и почвенная коррозия. Сталь, устойчивую против газовой коррозии при температурах свыше 5500С, называют жаростойкой. Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называют коррозионно-стойкими (нержавеющими). Повышение устойчивости стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с основным металлом и предупреждающие контакт между сталью и наружной агрессивной средой, а также повышающих электрохимический потенциал в разных агрессивных средах. Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь хрома (Cr), а также Al или Si, то есть элементов, растворяющихся в Fe и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов (Cr,Fe)2О3, (Al,Fe)2О3. Введение в сталь 5…8% Cr повышает окалиностойкость до 700…7500С; увеличение содержания Cr до 15-17% делает сталь окалиностойкой до 950…10000С, а при содержании Cr = 25% сталь остается окалиностойкой до 11000С. Стали, устойчивые против электрохимической коррозии (ГОСТ 5632-72), можно разделить на 2 класса: - хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе Ф-ю или М-ю структуру, и – хромоникелевые с А-й структурой. Хромистые. Широко применяют стали 12Х13, 20Х13, 30Х13 и 40Х13, а также стали 12Х17 и 15Х28. В сталях с 13% Cr при нагреве и охлаждении протекает α ↔ γ – превращение. Стали 20Х13, 30Х13 и 40Х13 относятся к мартенситному классу, а сталь 10Х13 – к М-Ф классу (содержит < 10% Ф). Стали 12Х17 и 15Х28 – к Ф-му классу. Хромо-никелевые (аустенитные): 12Х18Н9 (С = 0,12%, Cr = 17…19%, Ni = 8…10%. Эти стали имеют высокую стоимость. Их подвергают закалке с 1100…11500С в воде – для получения аустенитной структуры. Устойчивы в пресной и морской воде, в органических, а также в азотной и серной кислотах и ряде других сред. σв = 550…580 МПа; σ0,2 = 200…220 МПа; δ = 40…45%; ψ = 55…60%. Легко штампуются и хорошо свариваются. Стали 08Х8Н10Т и 12Х18Н12Т не подвержены межкристаллитной коррозии (при нагреве). 5.3.9. Жаропрочные стали и сплавы Жаропрочные стали и сплавы предназначены для изготовления деталей котлов, газовых турбин и др., работающих при высоких температурах. Повышение температуры сильно понижает механические свойства. При этом следует иметь в виду, что, если при высокой температуре нагрузить металл постоянно действующим напряжением, даже ниже предела текучести при этой температуре, и оставить его под нагрузкой длительное время, то металл в течение всего времени действия температуры и нагрузки будет деформироваться с определенной скоростью. Это явление получило название ползучести. Развитие ползучести может привести к разрушению металла. Сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительном действии нагрузки называют жаропрочностью. Жаропрочность характеризуется условным пределом ползучести и пределом длительной прочности. Под условным пределом ползучести понимают напряжение, которое за установленное время испытания при данной температуре вызывает заданное удлинение образца или заданную скорость деформации (ползучести). Предел ползучести обозначают через σ и числовыми индексами. Так,  означает предел ползучести при допуске на деформацию 0,2% за 100 ч. испытания при 7000С. В случае определения предела ползучести по скорости ползучести его обозначают буквой σ с 2-мя числовыми индексами. Нижний индекс обозначает заданную скорость ползучести (%/ч), верхний индекс – температуру испытания, 0С; так  предел ползучести при скорости ползучести 1·10-5 %/ч при 6000С.Предел длительной прочности, то есть наибольшее напряжение, вызывающее разрушение металла за определенное время при t = const:  - предел длительной прочности за 1000 ч. при 7000С.Повышения жаропрочности достигают: легированием твердого раствора, приводящим к увеличению энергии связи между атомами, в результате чего процессы диффузии и самодиффузии задерживаются, а температура рекристаллизации возрастает, созданием у сплава специальной структуры, состоящей из вкрапленных в основной твердый раствор и по границам зерен дисперсных карбидных и особенно интерметаллидных фаз. Такая структура получается в результате закалки с высоких температур и последующего старения жаропрочность повышают добавлением в сталь тугоплавких элементов: W, Mo, бор, ниобий, титан. Примером жаропрочных сталей с допустимой рабочей температурой 650…7000С являются: 40Х10С2М; 45Х14Н14С2М, из которых делают клапаны ДВС; 15Х12ВНМФ; 09Х14Н19В2ВР – роторы, диски, лопатки газовых турбин; 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т – выхлопные трубы и др. 5.3.10. Инструментальные стали и сплавы (ГОСТ 1435-99) Инструментальные стали – углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью, прочностью и износостойкостью. Их применяют для изготовления режущих и измерительных инструментов и штампов. В инструментальных сталях содержится 0,7…1,5%С. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) маркируют буквой У (углеродистые); следующая за буквой У цифра (У7, У8, У10 и т.д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях %. Буква А в конце марки указывает, что сталь высококачественная, например У8А. Быстро режущие стали маркируют буквой Р (ГОСТ 19265-73). Следующая за ней цифра указывает среднее содержание основного легирующего элемента быстрорежущей стали – вольфрама в процентах, например, Р18. Среднее содержание молибдена, ванадия и кобальта в стали обозначают цифрой за буквами М,Ф и К. Стали для режущих инструментов. Твердость режущей кромки сверл, метчиков, разверток, резцов, фрез и другого режущего инструмента после закалки и низкого отпуска должно быть в пределах 60…65 HRCЭ и значительно превышать твердость обрабатываемого материала. Кроме того, режущая часть инструмента должна иметь высокую износостойкость, а также достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломок инструмента в процессе работы. Углеродистые инструментальные стали У7(У7А), У10(У10А), У11(У11А), У12(У12А) вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость; их применяют для изготовления инструментов небольших размеров. Достоинства: дешевизна, невысокая твердость после отжига (166…192 НВ) и хорошая обрабатываемость резанием и давлением в отожженном состоянии. Недостатки: узкий интервал закалочных температур и необходимость закалки с охлаждением в воде или водных растворах щелочей (солей), что усиливает деформацию и коробление инструмента и способствует образованию трещин. Стали проходят закалку и низкий отпуск (60…63 HRCЭ). Легированные инструментальные стали менее чувствительны к перегреву, имеют большую прокаливаемость и позволяют проводить охлаждение при закалке в масле, что уменьшает деформацию и коробление. Твердость 61…64 HRCЭ. Стали 9ХС, ХВСГ – плашки, развертки, зенкера. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение» Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общепрофессиональных дисциплин и является обязательной для изучения | | Учебно-методический комплекс ростов-на-Дону 2009 Учебно-методический... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Адвокатская деятельность и адвокатура» разработан в соответствии с образовательным стандартом... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Макроэкономика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |  | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Примерная структура, состав и содержание учебно-методического комплекса... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Социология рекламной деятельности» составлен в соответствии с требованиями Государственного... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психология стресса» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психодиагностика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы патопсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Анатомия цнс» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «земельное право» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы нейропсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
